抛磨机器人力反馈装置设计与实验研究

发布时间：2017-08-16 02:03

  本文关键词：抛磨机器人力反馈装置设计与实验研究

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【摘要】：工业机器人是目前工业自动化中最常用的机器人,对生产条件和生产环境的适应性具有很强的灵活性。它能够代替人类进行繁重的重复性劳动,将人从恶劣的工作环境中解放出来。越来越多的传统制造业开始逐渐利用工业机器人进行产业的自动化升级,生产环境脏、乱、差的磨削抛光产业尤其如此。目前对于比较复杂的曲面零件磨削抛光,如何提高加工精度和生产效率,是阻碍工业机器人在此行业应用普及的主要问题。本文针对普通工业机器人在抛磨过程刚性过大等问题,提出在机器人末端增加力反馈装置的解决方法。本文集成气压驱动、伺服控制、机械传动等,设计了适用于工业机器人磨削抛光作业的末端力反馈装置,并建立机、电、气混合控制模型,依据抛磨系统实际需求,设计其控制系统,进行误差修正后标定了该装置的各方面性能,根据简单的抛磨轨迹进行试验,测试其动态性能效果,并将其应用在航空发动机叶片的抛磨实验当中,验证装置的实用性。论文主要研究内容如下:1)面向抛磨工业机器人应用的力反馈装置设计。为了解决在磨削与抛光作业中,工业机器人的末端柔顺性问题,根据现有的原理思想,和预计的装置性能指标,选择相应的元器件(包括空气弹簧/气缸、电气比例阀、位移传感器等),并根据所选择的元件设计相应的结构并分析,完成装置的结构搭建,并利用有限元对部分零件进行校核验证。2)抛磨力反馈装置机、电、气混合控制系统建模与控制方法研究。根据推导的电气比例阀流量方程、气缸质量流量连续性方程及系统的力平衡方程等建立力反馈装置的总模型,并根据得到的总模型设计力反馈装置的控制系统,确定参数后进行仿真试验,设计了控制系统的操作界面。3)力反馈装置实验方法研究。通过定量测试实验和简单的抛磨轨迹作业进行实验来验证本课题设计的力反馈装置及提出的力反馈控制模型的可行性,并应用到具体叶片抛磨实验来证明装置的实用性。定量测试实验是建立力输入、输出测试实验台,通过对输入力与输出力的跟随模型,来评估力反馈装置的跟踪精度、反应时间、最小分辨力等参数。通过结合工业机器人进行简单的抛磨轨迹实验,验证动态情况下装置的力控性能,最后结合了力反馈装置对叶片进行抛光实验,并对比有无装置情况下叶片抛光的质量与效率,验证装置在工业应用中的可行性。
【关键词】：力反馈装置 工业机器人 磨削抛光 电气比例阀
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242.2;TG580.692
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-24
• 1.1 研究背景与意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-22
• 1.2.1 抛磨作业的研究现状12-16
• 1.2.2 机器人抛磨作业中力反馈技术的研究现状16-21
• 1.2.3 国内外研究现状分析21-22
• 1.3 本文课题来源与主要研究内容22-24
• 1.3.1 本课题来源22
• 1.3.2 本文主要研究内容22-24
• 第二章 面向抛磨工业机器人应用的力反馈装置设计24-34
• 2.1 引言24
• 2.2 设计原理与性能指标24-25
• 2.2.1 设计原理24-25
• 2.2.2 性能指标25
• 2.3 关键元器件选择25-27
• 2.3.1 气缸26
• 2.3.2 电气比例阀26
• 2.3.3 位移传感器26
• 2.3.4 力传感器26-27
• 2.4 结构设计与分析27-32
• 2.4.1 力反馈装置的结构设计28-29
• 2.4.2 装置强度校核29-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 力反馈装置的机电气混合控制系统建模与设计34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 模型推导34-40
• 3.2.1 气动动力机构建模34-35
• 3.2.2 电气比例阀流量方程35-36
• 3.2.3 比例阀的连接气管模型36-37
• 3.2.4 阀控缸系统的总模型37-40
• 3.3 控制系统仿真40-41
• 3.3.1 本装置系统的数学模型40-41
• 3.3.2 仿真分析41
• 3.4 控制系统的设计41-45
• 3.4.1 控制系统的原理42-43
• 3.4.2 控制系统电路及人机界面的设计43-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第四章 力反馈装置的性能测试及应用实验46-66
• 4.1 引言46
• 4.2 样机的装配与实验平台的搭建46-48
• 4.3 力反馈装置的性能测试实验48-54
• 4.3.1 控制量的检测与误差修正48-51
• 4.3.2 性能参数的测试51-52
• 4.3.3 动态作业下的装置性能测试52-53
• 4.3.4 性能测试总结53-54
• 4.4 基于力反馈装置的叶片抛磨实验研究54-64
• 4.4.1 机器人编程方法的选择54-55
• 4.4.2 基于力反馈装置的叶片抛磨路径规划55-63
• 4.4.3 样机的具体应用实例-叶片抛磨63-64
• 4.6 本章小结64-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 参考文献68-73
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文73-74
• 致谢74-75

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本文编号：680896